2.3 Гаметогенез

Первинні статеві клітини — гаметобласти виникають у зародка на ранній стадії розвитку. В цей період вони ще не мають статевих осо-бливостей і являють собою великі клітини. Вони відрізняються від інших клітин зародка вмістом глікогену та активними ферментами, серед яких важливе місце належить лужній фосфатазі. За цією озна-кою їх виявляють, ставлячи відповідні гістохімічні реакції. Виникають ці клітини у птахів і ссавців в тимчасовому органі — мезодермі жовт-кового міхура, де формуються первинні кровоносні судини і де в цей період створюються сприятливі умови для живлення. Пізніше первин-

66

Розділ 2 Ембріологія

ні статеві клітини переносяться кров'ю або активно переміщуються в зародки гонад — сім'яники або яєчники, де і відбувається їх розвиток (рис.23).

Спосіб поділу статевих клітин, при якому дочірні клітини одер-жують вдвічі менше хромосом називається мейозом (від лат. шеіозіз — зменшення). Завдяки цьому поділу забезпечується постійність числа хромосом у наступних поколіннях. В результаті мейозу утворюються статеві клітини з одинарним (гаплоїдним) набором хромосом. Процес мейозу може тривати від кількох днів до кількох років.

Рис. 23. Схема зрізу через середню частину тіла раннього зародка ссавця, що ілюструє виникнення первинних статевих клітин у ентодермі жовткового міхура і їх міграцію до гонад:

1-первинні статеві клітини; 2-клітини, що мігрують до брижі; 3-клітини, які локалізуються у гонадах; 4-ембріональна нирка; 5-міотом; 6-дорзальна мезо-дерма; 7-аорта; 8-хорда; 9-нервова трубка.

Розвиток сперматозоїдів - сперматогенез.

Сперматогенез відбувається в звивистих сім'яних канальцях, у яких містяться сперматогенні клітини та клітини Сертолі (сустентоцити), останні утворюють мікросередовище для сперматогенних клітин.

В сперматогенезі розрізняють чотири періоди: розмноження, рос-ту, дозрівання, формування.

67

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пшипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

На стадії розмноження клітини називаються сперматогоніями. Вони межують з базальною мембраною, тобто займають периферій-ну частину звивистого сім'яного канальця. Сперматогонії невелико-го розміру містять диплоїдний набір хромосом. Серед них існує два різновиди: одні з них мають овальне світле ядро з розсіяним у ньо-му хроматином. Діляться вони мітозом, збільшуючись кількісно. Це стовбурові клітини. Сперматогонії другого різновиду мають кулясте ядро, що містить зернистий хроматин. Такі сперматогонії перестають ділитися і переходять в стадію росту, перетворюючись у спермато-цити першого порядку. Вони збільшені в розмірі, зміщені в напрямі просвіту звивистого сім'яного канальця, зберігають диплоїдний на-бір хромосом, проходять профазу мейозу. Перед початком профази у сперматоциті першого порядку подвоюється ДНК, а також відбу-ваються складні зміни в перерозподілі спадкового матеріалу в ядрі, в зв'язку з цим спостерігаються такі фази: лептонеми, зигонеми, па-хінеми, диплонеми.

В стадії лептонеми (від гр. Іерїоз - тонкий, петае — нитка) помітна ядерна мембрана, ядерце та хромосоми, що мають вигляд тонких ниток.

В зигонемі (від гр. 2І§оІІ8 -з'єднання) — гомологічні хромосоми розміщуються парами, кон'югуючись за довжиною і утворюють біва-ленти, або діади. При цьому гомологічні хромосоми обмінюються ге-нами, що забезпечує мінливість спадкового матеріалу в ряді поколінь.

На стадії пахінеми (від гр. распуз — твердий) обидві аутосоми спі-ралізуються, потовщуються, стають коротшими, залишаються у тіс-ному контакті по всій довжині. На цій стадії закінчується кон'югація хромосом.

В диплонемі (від гр. сііріоз — подвійний) в кожній із кон'югую-чих гомологів з'являються по парі сестринських хроматид (рис. 24). Хроматиди пов'язані центромерою, що перетворює біваленти в тетра-ди. В кожній парі виникає поздовжня щілина, і у двох кон'югованих хромосомах утворюється чотири хроматиди. В тетрадах з'являються перехрести хромосом (хіазми), що свідчить про обмін гомологічними частинами між несестринськими хроматидами в тетраді. В стадії ди-плонеми зникають сили гомологічного притягання і виникають сили відштовхування між сестринськими хроматидами. Після цього хро-мосоми ще більше спіралізуються, потовщуються і відокремлюються одна від другої.

68

Розділ 2 Ембріодогія

Рис. 24. Схематичне зображення основних стадій мейозу (пояснення в тексті):

А — перше ділення мейозу; 1-лептотена; 2-зиготена; 3-пахітена; 4-диплотена; 5-діакінез.

За періодом росту сперматоцити першого порядку вступають в пе-ріод дозрівання, який відбувається у два етапи. Після першого — ре-дукційного поділу сперматоцита першого порядку утворюється два сперматоцити другого порядку. Кожний з них одержує половину від кількості хромосом сперматоцита першого порядку. Сперматоцити

69

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

другого порядку містять диплоїдний набір хромосом. Кожна із хромо-сом має по дві хроматиди. Сперматоцити другого порядку менших розмірів. Перед другим поділом дозрівання у сперматоциті другого по-рядку не синтезується ДНК і не подвоюється хромосомний матеріал.

У результаті другого — екваційного поділу дозрівання утворю-ються сперматиди — клітини з гаплоїдним набором хромосом, кожна з яких складається з однієї хроматиди. При цьому пари хроматид, які з'єднані між собою центромерою, роз'єднуються і розподіляються між сперматидами, стають хромосомами. Сперматиди малого розміру, бід-ні на хроматин, містять мітохондрії, центросому, комплекс Гольджі та інші органели. Залежно від стадії розвитку сперматиди можуть мати округлу чи витягнуту форму. Сперматиди округлої форми розміщу-ються біля просвіту звивистого сім'яного канальця, а витягнутої фор-ми — занурюються в цитоплазму клітин Сертолі, в якій вони перехо-дять в період формування.

Таким чином, у фазі дозрівання в результаті мейозу із кожного сперматоцита першого порядку виникає чотири сперматиди з одинар-ною кількістю хромосом. Статеві X і У-хромосоми рівномірно розподі-ляються між сперматидами.

Стадія формування відбувається шляхом перетворення сперма-тид в сперматозоїди. При цьому їх ядра ущільнюються, набувають овальної форми, перетворюються у голівки сперматозоїдів і займають ексцентричне положення в клітині. Одночасно вони частково занурю-ються в цитоплазму клітин Сертолі, що зумовлює перетворення спер-матид в сперматозоїди. Вважається, що клітини Сертолі забезпечують трофіку та фагоцитують залишки, що виникають в процесі дегенерації неповноцінних клітин. Деталі перетворення сперматиди в спермато-зоїда можна виявити за допомогою електронної мікроскопії. Так, час-тина цитоплазми сперматиди, що містить апарат Гольджі, концентру-ється на апікальному кінці голівки сперматозоїда. У цій зоні виникає ущільнена гранула — акробласт. Він збільшується в розмірі і у вигляді чохлика покриває ядро. В середині акробласта утворюється акросома. Центросома входить до складу шийки, вона складається із двох цен-тріолей, зміщується в протилежний кінець сперматиди. Проксимальна центріоля прилягає до поверхні ядра, а дистальна поділяється на дві частини. Від краніальної частини дистальної центріолі помітно поча-ток формування джгутика сперматозоїда, каудальна частина центріолі

70

Розділ 2

Ембріологія

набуває вигляд кільця, зміщуючись по джгутику, це кільце визначає задню межу середньої частини сперматозоїда.

Рис. 25. Схема сперматогенезу (А) і овогенезу (Б).

Батьківські хромосоми чорні, материнські світлі. А — аутосоми; Х,У — стате-ві хромосоми; в періоді розмноження показані три покоління сперматогоній і оогонії.

Під час росту хвоста цитоплазма сповзає з ядра і концентрується у проміжній частині. Мітохондрії розміщуються спірально між про-ксимальною центріолею та кільцем. Цитоплазма сперматиди під час її перетворення в сперматозоїд значно редукується. В ділянці голівки

71

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

вона зберігається лише у вигляді тонкого шару, що покриває акросому. Незначна її кількість сповзає в дистальному напрямку і утворює тонку оболонку хвостика, а його кінцева частина зовсім не має цитоплазми. Невикористана частина цитоплазми відокремлюється і розпадається у просвіті звивистого сім'яного канальця.

Таким чином, кожний початковий сперматогоній дає початок чо-тирьом сперматозоїдам. Сперматогенний епітелій занадто чутливий до впливу інтоксикації, авітамінозу, дії іонізуючого випромінювання. При недостатньому живленні сперматогенез послаблюється або зовсім зникає, а сперматогенний епітелій атрофується.

Овогенез — розвиток статевих клітин самки.

На відміну від сперматогенезу, овогенез у тварин різних класів зна-чно різноманітніший і залежить від біології розмноження. Він перебі-гає протягом трьох періодів: розмноження, росту та дозрівання.

Період розмноження. Якщо розмноження сперматогоній почина-ється після досягнення статевої зрілості і продовжується протягом усієї статевої активності самця, то в овогенезі період розмноження від-бувається лише у зародка і закінчується після народження плода. Піс-ля народження кількість статевих клітин не збільшується. Вони мають малий розмір, їх називають овогоніями. Разом з покриваючими їх фо-лікулярними клітинами називаються примордіальними фолікулами.

Період росту. В період росту клітини називаються овоцитами першого порядку 3 самого початку свого існування овоцит першого порядку вступає в профазу мейозу. В цей період, як і в сперматоци-тах першого порядку, послідовно відбуваються такі стадії: лептонема, зигонема, пахінема й диплонема. Цей період у тварин різних класів характеризується значною повільністю. Так, він може відбуватися за кілька днів, тижнів і навіть десятків років. Останнє спостерігається у ссавців, де розмноження овогоній закінчується іще до народження плода, а овуляція настає не раніше статевої зрілості. Після диплоне-ми хромосоми розходяться, деспіралізуються, стають непомітними до кінця періоду росту. Овоцит першого порядку інтенсивно синтезує ре-човини за допомогою хромосом.

Нагромадження поживних речовин овоцитом першого порядку поділяють на превітелогенез (фаза невеликого росту) та вітелогенез (фаза великого росту). Превітелогенез характеризується ростом цито-плазми і переважним синтезом інформаційної РНК, яка пізніше буде

72

Розділ 2

Ембріологія

матрицею для синтезу білків. Такий інтенсивний синтез у овогенезі ін-формаційної РНК пов'язаний з тим, що він іде на запас. Не більше тре-тини його використовується безпосередньо в овогенезі, тоді як основна частина білкового синтезу починається після запліднення. У цей час в цитоплазмі утворюються органели, необхідні для синтезу: гранулярна цитоплазматична сітка, мітохондрії, комплекс Гольджі.

У фазі великого росту синтезуються запасні поживні речовини, що нагромаджуються у цитоплазмі і використовуються лише після заплід-нення. Основні з них жовток, жир, глікогени. Жовток являє собою крис-талізовані речовини білкової природи у формі фосфопротеїнів. Криста-ли мають вигляд гранул чи платівок різної форми. Кількість жовтка, що нагромаджується в яйцевій клітині, неоднакова у тварин різних груп. В полілецитальних яйцеклітинах, наприклад курей, жовток відкладається інтенсивно. Так, за добу відкладається шар жовтка товщиною до 2,5 мм. У курей перед овуляцією яйцеклітина досягає 35 мм (Б.Карлсон, 1983). Яйцеклітини ссавців значно менші за розміром, їх ріст може продовжу-ватися роками, наприклад у корів — 10 років і більше.

В синтезі жовтка в цей час бере участь весь організм, особливо печінка. Запас поживних речовин у вигляді жовтка називають дейто-плазмою. В процесі нагромадження жовтка майже завжди виявляють полярність овоцита. Полюс, багатий на жовток, називають вегетатив-ним, протилежний, куди зміщується ядро — анімальним. У фазі вели-кого росту органели розсіюються по цитоплазмі з подальшою концен-трацією на периферії.

Період дозрівання відбувається після проникнення в яйцеву клі-тину сперматозоїда (у аскариди), у ланцетника спермій проникає піс-ля першого поділу; у більшості тварин він проникає в яйце лише після дозрівання, яке настає після виходу яйцеклітини із яєчника.

Дозрівання овоцита — це складні перетворення у ядрі. Як і при спер-матогенезі, воно складається із двох послідовних поділів, які надають яйцеклітині гаплоїдного стану. Однак, в дозріванні яйцеклітини, на від-міну від сперматогенезу, один первинний овоцит утворює лише одну зрілу яйцеклітину, яка повністю зберігає жовток, що утворився в період росту, і три неповноцінні клітини — полярні (редукційні) тільця. Вони містять лише ядро без цитоплазми. При цьому ядро первинного овоцита ділить-ся порівну між двома дочірніми клітинами, тобто між овоцитом другого порядку і першим редукційним тільцем. Подальший поділ приводить до

73

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

того, що овоцит другого порядку також ділиться нерівномірно — вини-кає велика зріла яйцеклітина та друге редукційне тільце. В подальшому редукційні тільця гинуть. їх призначення полягає у тому, що дозріваюче за їх допомогою яйце звільняється від половини хромосом. Під час дру-гого поділу дозрівання яйцеклітина втрачає свою центросому.